JP2000350918A

JP2000350918A - 除湿方法およびその装置

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Publication number: JP2000350918A
Application number: JP11163312A
Authority: JP
Inventors: Akira Ito; 章伊東
Original assignee: Japan Science and Technology Corp
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 1999-06-10
Filing date: 1999-06-10
Publication date: 2000-12-19
Anticipated expiration: 2019-06-10
Also published as: JP4022341B2

Abstract

(57)【要約】【目的】吸湿性液体を減圧下の除湿操作においても安
定的に保持できる、水蒸気を選択的に吸収、透過する除
湿膜構造の提供【構成】吸湿性の液体（Ｃ）を含浸・保持された多孔
質膜（Ａ）とこれに隣接して配置された疎水性多孔質膜
（Ｂ）とよりなる積層構造の膜を介して、吸湿性液体を
保持した多孔質膜（Ａ）側を水蒸気を含む気体に接触さ
せ、前記疎水性多孔膜（Ｂ）側を減圧部に接触させて、
前記水蒸気を前記積層膜により減圧部に選択的に透過さ
せ除去することを特徴とする除湿方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、吸湿性の液体を用
いて水蒸気を選択的に除去する除湿方法および除湿装置
において、前記吸湿性液体の多孔質膜への保持を安定化
した除湿方法および除湿装置に関する。

【０００２】

【従来技術】水蒸気を選択的に除去する従来技術として
は、１，トリエチレングリコール、塩化リチウム水溶液など
の吸湿性液体を用いた吸収法による除湿プロセスは工業
的に多く用いられる。しかし、この吸収法は吸湿液体を
再利用するには、再生操作が必要である点で簡便なプロ
セスとは言い難い。また、吸着剤を用いる除湿機もある
が、この場合も再生操作が必要でありプロセス的、およ
びエネルギー的にあまり良くない。これに対して、２，水蒸気選択透過性の高分子膜（ポリイミドなど）を
用いる除湿方法は、連続操作ができ、１，のような再生
操作が必要でない点、およびエネルギー的にも有利であ
る。しかし固体高分子膜を通して選択的に水蒸気を透過
させるものであるため、透過量が小さいこと、また、膜
が高価である等の問題がある。

【０００３】更に、３，多孔質膜内にトリエチレングリコールなどの吸湿性
液体を保持させた水蒸気を選択的に吸収、移送する膜を
用いて水蒸気を除去する除湿方法も公知である（米国特
許第４９００４４８号明細書、1990年）。この方法で
は、吸湿性の液体を保持したセルロース製の多孔質中空
膜（平行に多数配列して結束した）を用い、中空部を減
圧にした状態で水蒸気を含む空気と接触させ、前記吸湿
性液体を保持した膜により水蒸気を選択的に除去するも
のである。しかしながらこの方法では、膜の両側の圧力
勾配が大きいと液が漏れ出し、蒸気を選択的に吸収・移
送する液体膜がその機能がなくなってしまうという不都
合があり、高い減圧による水蒸気の選択的膜透過操作が
できないという欠点がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の課題
は、上記従来技術、特に３，に挙げた技術における、高
い減圧下（圧力勾配）において操作ができないことの不
都合を取り除いた除湿方法および除湿装置、換言すれば
高い減圧下（大きな圧力勾配）で選択的に水蒸気を除去
できる除湿方法および除湿装置を提供することである。
そこで、本発明者は、吸湿性液体を多孔質膜に安定的に
保持する手段を検討する中で、吸収性液体が減圧下にお
いて漏れるのは、前記液体を保持する多孔質部材が吸湿
性液体に濡れやすいことによるものと考え、減圧側に吸
湿性液体を反発する機能（撥吸湿性液体特性）を付与す
れば、その反発力が減圧による吸引力に打ち勝ち漏れが
防げるのではないかと考え、疎水性であるが水蒸気透過
性の通気孔を有する多孔質膜を減圧側に設けることを考
え、前記課題を解決した。

【０００５】

【課題を解決するための手段】従って、本発明の第１
は、吸湿性の液体（Ｃ）を含浸、保持した多孔質膜
（Ａ）とこれに隣接して配置された疎水性多孔質膜
（Ｂ）とよりなる積層構造の膜の、吸湿性液体を保持し
た多孔質膜（Ａ）側を水蒸気を含む気体に接触させ、前
記疎水性多孔膜（Ｂ）側を減圧部に接触させて、前記水
蒸気を前記積層構造の膜により減圧部に選択的に透過さ
せ除去することを特徴とする除湿方法であり、好ましく
は、吸湿性液体（Ｃ）がグリコール類であることを特徴
とする前記除湿方法であり、より好ましくは、グリコー
ル類がポリエチレングリコール、トリエチレングリコー
ル、テトラエチレングリコールであることを特徴とする
前記除湿方法である。また、吸湿性液体を含浸・保持す
る多孔質膜（Ａ）を親水性材料で構成したことを特徴と
する前記除湿方法であり、更に、親水性材料を親水化処
理したポリテトラフルオロエチレンで構成したことを特
徴とする前記除湿方法である。また、疎水性多孔質膜
（Ｂ）が撥吸湿性液体特性のポリビニデンジフロライド
からなることを特徴とする前記除湿方法であり、必要に
より、積層構造の膜が減圧下において膜形状を保持する
部材に支持されていることを特徴とする前記除湿方法で
ある。本発明の第２は、吸湿性の液体（Ｃ）を含浸・保
持した多孔質膜（Ａ）とこれに隣接して配置された疎水
性多孔質膜（Ｂ）とよりなる積層構造の膜、前記積層構
造の膜を膜形状を保持して支持する部材、前記吸湿性液
体を保持した多孔質膜（Ａ）側に水蒸気を含む気体を接
触させて通過させる室と前記疎水性多孔膜（Ｂ）側を減
圧にする装置に接続され、前記積層膜により減圧部に選
択的に透過された水蒸気を除去する室を前記積層構造の
膜を介して設けたことを特徴とする除湿装置であり、好
ましくは、積層構造の膜を膜形状を保持して支持する部
材が金属、セラミック焼結板からなることを特徴とする
前記除湿装置である。本発明者は、水蒸気を選択的に透
過させる膜を、吸湿性の液体を含浸、保持した多孔質膜
の減圧側に、水蒸気透過性で撥吸湿性液体特性の疎水性
多孔質膜を設けた積層構造の膜にすることによって、前
記課題を解決したものである。

【０００６】

【本発明の実施の態様】本発明を詳細に説明する。１．吸湿性液体につき説明する。本発明における水蒸気
選択分離性は、使用する液体自身の吸湿性（水蒸気選択
吸収性）によるものである。従って、水蒸気を他の気体
に対して優先的（特異的）に吸収するものであれば本発
明の吸湿性液体として使用できる。トリエチレングリコ
ールをはじめとして、テトラエチレングリコール、低分
子量のポリエチレングリコール等のグリコール類を、本
発明の水蒸気選択吸収除湿プロセスに用いられる好まし
材料として挙げることができる。

【０００７】２．前記吸湿性液体を含浸・保持する多孔
質膜について。多孔質膜（Ａ）としては、膜を貫通する
細孔を有し、前記吸湿性液体を保持する構造であれば特
に制限はなく、市販のナイロン製多孔膜、親水性ポリテ
トラフルオロエチレン製多孔膜〔親水化処理としては、
界面活性剤、例えばドデシルベンゼンスルホン酸ナトリ
ウムをアセトンで溶かした処理剤でコーティング処理し
り、（アドバンテック（株）社）やメタノールで処理し
それをグリコールに浸漬して置換する方法など公知の方
法を採用できる。〕、ポリオレフイン製多孔質膜が使用
できる。また、ナイロンメッシュ、ゼオライト粒子も使
用できる。しかしながら、除湿性、安定性などの点から
親水性ポリテトラフルオロエチレン製多孔膜が好まし
い。

【０００８】３．疎水性多孔質膜について。この膜を設
けたことが本発明の特徴であり、その機能は、撥吸湿性
液体特性によって、吸湿性液体が真空側に漏れるのを防
ぐと共に、水蒸気の透過を可能とするものであるから、
上記機能を持つ、膜材料および多孔質膜構造等のものな
らば使用することができる。疎水性の多孔質膜を形成す
るのに適したポリマーの代表的なものには、ポリエチレ
ン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン等のポリオレ
フィン；ポリアミド；ポリスチレン若しくは置換された
ポリスチレン；ポリ（テトラフルオロエチレン）、フッ
化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）等を含むフッ素化ポリマ
ー；ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン等のポリ
サルフォン；ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレ
ンテレフタレート等を含むポリエステル；ポリアクリレ
ート及びポリ炭酸エステル；セルロース系ポリマー；並
びにポリ塩化ビニル及びポリアクリロニトリル等のビニ
ルポリマー、が挙げられる。ブタジエン及びスチレンの
コポリマー、フッ素化エチレン−プロピレンコポリマ
ー、エチレン−クロロトリフルオロエチレンコポリマー
等のコポリマーもまた用いることができる。疎水性の多
孔質膜は、重合可能なモノマー、例えばフッ素含有モノ
マーの重合により多孔質膜の内部表面を含む多孔質膜の
表面全体の疎水性を改良する（疎水化処理する）ことが
できる。また、多孔質膜構造は、一般に、約０．００１
から１０ミクロン、通常は約０．０１から５．０ミクロ
ン、好ましくは０．１から０．５ミクロンの平均孔経を
有している。空隙率は３０〜８５％の範囲である。疎水
性および撥吸湿液体性の特性は、水の侵入圧力４００ｋ
Ｐａ以上およびトリエチレングリコールの侵入圧力２０
０ｋＰａ以上が好ましい。特に好ましい疎水性多孔質膜
を構成するポリマーとしては、疎水性処理を施したフッ
化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）（＝ポリビニリデンジフ
ロライド）を挙げることができ、そのような材料でき
た、市販の疎水性多孔質膜としては、ミリポア社製のDu
rapel膜）（特開平６−９８１０号公報等参照）を挙げ
ることができる。この疎水性多孔質膜の特性は、空隙率
７０％、孔径０．１μｍ、膜厚み１２０μｍであり、さ
らに疎水性処理を施したものであり、水侵入圧は公称５
５０ｋＰａ（この圧力まで多孔質膜内に水は侵入しな
い。）であり、吸湿性液体として使用したトリエチレン
グリコールも差圧２５０ｋＰａ程度では、この多孔質膜
中に浸透せず、表面張力により膜表面で保持される。な
お、前記複合構造の膜は、膜を製造する工程で積層構造
にすることができ、また、複合中空膜構造とすることも
できる。

【０００９】図１は、本発明の除湿部分の構成の一態様
である。疎水性多孔質膜（Ｂ）とこれに隣接して積層さ
れた吸湿性液体（Ｃ）を含浸・保持した親水性多孔質膜
（Ａ）とからなる積層構造の膜はステンレス製の焼結板
上に保持され、Ｏリングではさんで膜が固定される。該
積層構造の膜の吸湿性液体（Ｃ）を含浸、保持した多孔
質膜（Ａ）側に、供給気体入口から水蒸気を含む気体が
供給され、前記膜と接触し、前記吸湿性液により水蒸気
が選択的に吸収され除去され、除湿された気体が出口
（供給気体出口）から排出される。また、疎水性多孔質
膜（Ｂ）の水蒸気透過側は真空ポンプ等排気装置に接続
された減圧室に接し、前記積層構造の膜を透過してきた
水蒸気を連続的に除去する。この際、透過側の圧力（減
圧度・真空度）は、供給気体の水蒸気分圧以下である必
要がある。この状態では、前記吸湿液体により水蒸気が
吸収され、移送されその反対側で水蒸気が蒸発する。そ
の結果、供給気体中の水蒸気は定常的に吸湿性液体によ
り吸収、移送され積層構造の膜を透過する。供給気体が
湿気を含む空気である場合は、空気中の水蒸気のみが吸
湿性液体中を選択的に透過し、これに対し、空気は吸湿
性液体中の透過量が微小なので、除湿された空気として
気体出口から送出される。また、その他の水蒸気を含む
混合気体・混合蒸気においても同様に水蒸気を選択的に
除去することができる。

【００１０】本発明の原理を用いた除湿方法によれば、
従来の吸収法や冷却凝縮法に比較して、膜面積に対応し
て小流量から大流量の、広い範囲の空気の除湿装置を設
計することができる。

【００１１】

【実施例】実施例１平膜セル（膜面積２４．５ｃｍ²）のステンレス焼結板
上に、疎水性多孔膜（Ｂ）（前記ミリポア社製のDurape
l膜）を置き、その上にポリエチレングリコール液（分
子量４００）を含浸させた膜厚３５μｍ、多孔度８０％
の親水性ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜（Ａ）を
重ねる積層構造の膜を形成する。ポリエチレングリコー
ル液は疎水性多孔質膜（Ｂ）の表面で表面張力により支
持され、疎水性多孔質膜に中には浸透しない。このポリ
エチレングリコールを含浸した多孔質膜表面上に所定湿
度の空気を供給する。疎水性多孔質膜（Ｂ）の透過側を
真空ポンプにより０．１３ｋＰａに減圧し、この真空度
を保つ。これにより前記空気中の水蒸気が、積層構造の
膜を選択的に透過し、結果として、除湿された空気が出
口（供給気体出口）から排出される。この関係を図２に
示す。図２の装置、操作条件は、親水性ポリテトラフル
オロエチレン多孔質膜（膜厚３５μｍ）、膜面積２４．
５ｃｍ²、空気流量１００ｃｍ³／min、気温１８℃、供
給側：大気圧、透過側：０．１３ｋＰａである。その結
果、湿度８２％の空気が２２％まで除湿された。一方、
空気の透過量はごく少ない。（供給空気流量７０ｃｍ³
／minに対して、真空側に透過した空気量は０．１ｃｍ³
／min以下であった。）この場合、液体膜の透過係数は、ポリテトラフルオロエ
チレン多孔質膜の厚み（３５μｍ）を仮の膜厚みにとっ
て推算すると、水蒸気が７．５×１０^-7ｃｍ³（ＳＴ
Ｐ）・ｃｍ／（ｃｍ²・Ｓ・ｃｍＨｇ）、空気が３．１
×１０^-10ｃｍ³（ＳＴＰ）・ｃｍ／（ｃｍ²・Ｓ・ｃｍ
Ｈｇ）である。両者の比である理想分離係数は２４０
０。液体膜の耐久性については、６時間の操作を５日間
繰り返しても除湿性能に変化は無かった。

【００１２】実施例２上記と同様に積層構造の膜を構成し、該膜に空気／エタ
ノール蒸気／水蒸気の混合気体を供給する。（図３）こ
の混合気体はエタノール水溶液に空気をバブリングする
ことで得る。供給側は大気圧、透過側を０．１３ｋＰａ
に減圧して、供給出口、透過側両方のエタノール蒸気と
水蒸気を冷却捕集する。結果を図３に示す。供給混合蒸
気中の水蒸気が積層構造の膜を選択的に透過し、透過蒸
気では水蒸気が濃縮されており、その結果供給出口蒸気
中ではエタノールが濃縮されている。例えばエタノール
３６mol％／水蒸気６４mol％の組成の混合蒸気を供給し
た場合、透過側ではエタノール４mol％／水９６mol％の
凝縮液が得られ、供給側出口ではエタノール７７mol％
／水蒸気２３mol％の濃縮エタノール水溶液が得られ
る。

【００１３】上記実施例１，２ではともに、吸湿性液体
としてはポリエチレングリコール（M＝４００）を用い
ているけれども、トリエチレングリコールおよびテトラ
エチレングリコールを使用する場合にも同程度の水蒸気
選択透過性を示した（図３）。このプロセスの吸湿性液
体を含浸・保持する多孔質膜（Ａ）として、前記各実施
例で用いた親水性ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜
に替えて、ナイロン製多孔質膜、ナイロンメッシュ（３
５μｍ厚）、メタノールで親水化処理を施したポリオリ
フイン多孔質膜およびゼオライト粒子を使用しても、同
様の分離性能が得られた。

【００１４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明において、水
蒸気を選択的に吸収、移送して除湿する方法において、
水蒸気を選択的に吸収、移送（透過）する膜構造を、吸
湿性の液体を含浸、保持した多孔質膜の減圧側に水蒸気
透過性で、撥吸湿性液体特性の疎水性多孔質膜を設けた
積層構造にすることによって、前記吸湿性液体を減圧下
の除湿操作においても安定的に保持でき、操作性の良い
除湿方法および除湿装置を設計できるという優れた作用
・効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の吸湿性液体を保持する積層構造の膜
と該積層構造の膜を組込ん除湿部の構成の説明図。

【図２】本発明の積層構造の膜を用いた除湿特性。

【図３】本発明の積層構造の膜を用いた、エタノール
／水蒸気／空気混合からの除湿特性。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4D006 GA41 HA42 JA22A JA52Z KB19 KD28 KE01P KE06P KE08P KE16P MA03 MA06 MA10 MB04 MC30 PB17 PB65 PC72 4D052 AA00 CF00 EA03 FA01 GA03 GA04 GB01 GB02 GB03 GB04 HA03 HA43 HB01 HB06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吸湿性液体（Ｃ）を含浸・保持した多孔
質膜（Ａ）とこれに隣接して配置された疎水性多孔質膜
（Ｂ）とよりなる積層構造の膜の、吸湿性液体を保持し
た多孔質膜（Ａ）側を水蒸気を含む気体に接触させ、前
記疎水性多孔膜（Ｂ）側を減圧部に接触させて、前記水
蒸気を前記積層構造の膜により減圧部に選択的に透過さ
せ除去することを特徴とする除湿方法。
【請求項２】吸湿性液体（Ｃ）がグリコール類である
ことを特徴とする請求項１に記載の除湿方法。
【請求項３】グリコール類がポリエチレングリコー
ル、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコー
ルであることを特徴とする請求項３に記載の除湿方法。
【請求項４】吸湿性液体を含浸・保持する多孔質膜
（Ａ）が親水性材料からなるものであることを特徴とす
る請求項１，２または３に記載の除湿方法。
【請求項５】親水性材料が親水性処理をしたポリテト
ラフルオロエチレンであることを特徴とする請求項４に
記載の除湿方法。
【請求項６】疎水性多孔質膜（Ｂ）が撥吸湿性液体特
性のポリビニデンジフロライドからなることを特徴とす
る請求項１〜５のいずれかに記載の除湿方法。
【請求項７】積層構造の膜が減圧下において膜形状を
保持する部材に支持されていることを特徴とする請求項
１〜６のいずれかに記載の除湿方法。
【請求項８】吸湿性の液体（Ｃ）を含浸・保持した多
孔質膜（Ａ）とこれに隣接して配置された疎水性多孔質
膜（Ｂ）とよりなる積層構造の膜、前記積層構造の膜を
膜形状を保持して支持する部材、前記吸湿性液体を保持
した多孔質膜（Ａ）側に水蒸気を含む気体を接触させて
通過させる室と前記疎水性多孔膜（Ｂ）側を減圧にする
装置に接続され、前記積層構造の膜により減圧部に選択
的に透過された水蒸気を除去する室を前記積層構造の膜
を介して設けたことを特徴とする除湿装置。
【請求項９】積層構造の膜を膜形状を保持して支持す
る部材が金属、セラミック焼結板からなることを特徴と
する請求項８に記載の除湿装置。